2土木工程概论

第2章章2.1土土木工工程材材料概概述2.1.1土土木工工程材材料的的发展展任何土土木工工程建建（结结）筑筑物（（包括括道路路、桥桥梁、、港口口、码码头、、矿井井、隧隧道等等）都都是用用材料料按一一定的的要求求打造造成的的，土土木工工程中中所使使用的的各种种材料料统称称为土土木工工程材材料。。每当出出现新新的优优良的的土木木工程程材料料时，，建筑筑结构构就会会有飞飞跃式式的发发展。。土木木工程程结构构的发发展历历程，，就是是以材材料为为主要要标志志的。。建筑结结构的的三次次飞跃跃分别别是砖瓦的出现现、混凝土土的兴起起、钢材的大量量应用用。2.1.2土土木工工程材材料的的分类类土木工工程材材料种种类繁繁多，，可按按其化学成成分性性质、用途和性能等进行行分类类，如如下表表所示示。2.2早早期土土木工工程材材料砖、瓦、砂、石和木材是最基基本的的建筑筑材料料，由由于其其工程程用量量大，，原料料价格格低，，取材材方便便，无无论是是在古古代，，还是是在近近现代代的建建筑领领域中中，均均处于于不可可替代代的地地位。。砂、石石等古古老而而基本本的材材料建建成的的埃及及金字字塔建于1056年年的山山西省省应县县木塔塔2.2.1砖砖—砌砌筑材材料按生产工工艺：烧结结砖和和非烧烧结砖砖。按所用用原材料料：粘土土砖、、页岩岩砖、、煤矸矸石砖砖、粉粉煤灰灰砖、、炉渣渣砖和和灰砂砂砖等等。按有无孔孔洞：空心心砖、、多孔孔砖和和实心心砖。空心砖砖多孔砖砖实心砖砖2.2.2瓦瓦—屋屋面材材料按成分：粘土土瓦、、水泥泥瓦、、石棉棉水泥泥瓦、、钢丝丝网水水泥瓦瓦、聚聚氯乙乙烯瓦瓦、玻玻璃钢钢瓦、、沥青青瓦等等。按铺设位位置：烧结结屋面面瓦和和烧结结配件件瓦。按表面状状态：有釉釉瓦和和无釉釉瓦。粘土瓦瓦按形状：平瓦瓦和波波形瓦瓦。块状石石材：：毛石石、料料石2.2.3石石按加工工后的的外形形板状石石材散状石石材：：色石石渣、、石子子（碎碎石、、卵石石）凡采自自天然然岩石石，经经过加加工或或未经经加工工的石石材，，统称称为天天然石石材。。毛石也称片片石，，是不不成形形的石石料，，是采采石场场由爆破破直接接获得得的形形状不不规则则的石石块，处于于开采采以后后的自自然状状态。。毛石料石是用毛毛料加工成成的具具有一一定规规格，用来来砌筑筑建筑筑物用用的石石料。。料石板状石石材是用致密的的岩石石经凿凿平、、锯断断、磨磨光等等各种加加工方方法制制作而而成的的石料料，如如花岗岗石、、大理理石和和青石石板材材等。。花岗岩岩石材材大理石石板材材青石板板材碎石、、卵石石可用作作骨料、、装饰饰铺砌砌材料料，其中中卵石石还可可作为为园林林、庭庭院等等地面面的铺铺砌材材料。。碎石卵石色石渣渣由天然大大理石石或花花岗岩岩等残残碎料料加工工而成，，有各各种色色彩，，可作作人造造大理理石、、水磨磨石、、水刷刷石及及其它它饰面粉粉刷骨骨料之之用。色石渣渣砂是组成成混凝土土和砂浆的主要要组成成材料料之一一，是是土木木工程程的大宗材材料。根据粗细程程度不不同又又有粗砂、中砂、细砂之分。。砂的颗颗粒级级配是是指不不同大大小颗颗粒的的砂的的搭配配比例例。由自自然然条条件件作作用用（（主主要要是是岩岩石石风风化化））而而形形成成，，粒粒径径在在5mm以以下下的的岩岩石石颗颗粒粒。。由岩岩石石轧轧碎碎而而成成，，由由于于成成本本高高、、片片状状及及粉粉状状物物多多，，一一般般不不用用。。人工工砂砂：：天然然砂砂：：2.2.4砂砂天然然集集料料：：碎碎石石、、卵卵石石、、浮浮石石、、天天然然砂砂等等通常常是是指指松散散的的材材料料，在在混混合合料料中中起起骨架架和填充充作用用的的粒粒料料。。2.2.5集集料料人造造集集料料：：煤煤渣渣、、矿矿渣渣、、陶陶粒粒、、膨膨胀胀珍珍珠珠岩岩等等粗集集料料：：粒粒径径大大于于5mm（（以以圆圆孔孔筛筛计计））、、粒粒径径大大于于2.36mm（（以以方方孔孔筛筛计计））细集集料料：：粒粒径径小小于于5mm（（以以圆圆孔孔筛筛计计））、、粒粒径径小小于于2.36mm（（以以方方孔孔筛筛计计））类型型：：圆材材、、方方材材、、条条材材、、板板材材等等。。2.2.6木木材材属于于各各向向异异性性材材料料，，要要注注意意顺顺纹纹和和横横纹纹方方向向的的强强度度差差异异很很大大。。优点点：：结构构自自重重小小、、制制作作容容易易、、架架设设简简便便、、工工期期快快、、造造价价便便宜宜。。缺点点：：易燃燃、、易易腐腐朽朽、、结结构构变变形形较较大大等等。。2.3近近代代土土木木工工程程材材料料2.3.1钢钢材材普通通碳碳素素结结构构钢钢按材材质质分分低合合金金结结构构钢钢钢结结构构用用钢钢：：各各种种型型钢钢、、钢钢板板、、钢钢管管等等按用用于于不不同同的的工工程程结结构构分分钢筋筋混混凝凝土土工工程程用用钢钢：：各各种种钢钢筋筋和和钢钢丝丝等等土木木工工程程中中应应用用量量最最大大的的金金属属材材料料。。(1).钢钢结结构构用用钢钢碳素素结结构构钢钢：：一一般般结结构构钢钢及及工工程程用用热热轧轧板板、、管管、、带带、、型型、、棒棒材材。。低合合金金结结构构钢钢：：在在普普通通碳碳素素钢钢的的基基础础上上，，少少量量添加加若若干干合合金金元元素素而成成，，在在诸诸如如大大跨跨度度桥桥梁梁、、大大型型柱柱网网构构架架、、电电视视塔塔、、大大型型厅厅馆馆中中成成为为主主体体结结构构材材料料。。碳素素结结构构钢钢可可轧轧制制各各种种型型钢钢、、钢钢板板、、钢钢管管与与钢钢筋筋槽钢钢钢管管工字字钢钢(2).钢钢筋筋混混凝凝土土用用钢钢——钢钢筋筋普通通碳碳素素结结构构钢钢按材材质质分分低合合金金结结构构钢钢按生生产产工工艺艺性性能能和和用用途途分分热轧轧钢钢筋筋冷加工钢钢筋热处理钢钢筋碳素钢丝丝刻痕钢丝丝钢绞线钢筋在土土木工程程中的应应用(3).评价价优点：材质均匀匀、强度度高、塑塑性好、、便于加加工安装装。缺点：耐火性差差、易于于锈蚀、、维护费费用较高高。2.3.2水水泥粉状的水水硬性胶胶凝材料料，即加加水拌合合成塑性性浆体，，能在空空气中和和水中凝凝结硬化化，可将将其它材材料胶结结成整，，并形成成坚硬石石材的材材料。袋装水泥泥通用水泥泥按用途及及性能分分专用水泥泥按主要水水硬性物物质名称称分特性水泥泥硅酸盐水水泥铝酸盐水水泥硫铝酸盐盐水泥氟铝酸盐盐水泥磷酸盐水水泥以火山灰灰性或潜潜在水硬硬性材料料以及其其他活性性材料为为主要成成分的水水泥2.3.3混混凝土简写砼，，是由胶胶结材料料，骨料料和水按按一定比比例配制制，经搅搅拌振捣捣成型，，在一定定条件下下养护而而成的人人造石材材，是当当代最主主要的土土木工程程材料之之一。混凝土运运输(1).普通通混凝土土由水泥、粗骨料（碎石或或卵石））、细骨料（砂）和和水拌合，经经硬化而而成的一一种人造石材材。砂、石在在混凝土土中起骨骨架作用用，并抑抑制水泥泥的收缩缩；水水泥和和水形成成水泥浆浆，包裹裹在粗细细骨料表表面并填填充骨料料间的空空隙。水水泥浆体体在硬化化前起润润滑作用用，使混混凝土拌拌合物具具有良好好工作性性能，硬硬化后将将骨料胶胶结在一一起，形形成坚强强的整体体。普通混凝凝土结构构组成混凝土的的强度等等级混凝土的的强度是是指混凝凝土在承承受各种种力作用用时，所所能承受受的极限限应力值值。我国国《混凝凝土结构构设计规规范》规规定的混混凝土等等级共十十四个等等级，为为C15、C20、C25、、C30、C35、C40、、C45、C50、C55、C60、、C65、、C70、、C75、、C80。C30表表示边长长为15cm的的混凝土土立方体体，在温温度20℃和相相对湿度度90%以上潮潮湿空气气中养护护28天天所测的的强度为为30MPa，，其保证证率为95%。。(2).特种种混凝土土轻骨料混混凝土纤维增强强混凝土土（简称称FRC）聚合物混混凝土道路混凝凝土（碾碾压混凝凝土）自密实混混凝土(3).钢筋筋混凝土土与预应应力钢筋筋混凝土土(4).评价价优点：可模性、、耐久性性、耐火火性、整整体性都都好，易易于就地地取材，，价格较较低，强强度比砖砖、石材材都高，，能与钢钢筋粘结结做成各各种强度度高的钢钢筋砼结结构。缺点：自重较大大、施工工复杂、、工序多多、工期期长、易易产生裂裂缝。2.3.4砂砂浆由胶凝材材料、细细骨料和和水等材材料按适适当比例例配制而而成。水泥砂浆浆按胶凝材材料不同同石灰砂浆浆按用途不不同混合砂浆浆砌筑砂浆浆抹面砂浆浆防水砂浆浆其它特种种砂浆2.4现现代土土木工程程材料2.4.1高高强混凝凝土（highstrengthconcrete）早前一般般指强度度等级在在C45以上的的混凝土土。现在在一般指指强度等等级在C60以上的混混凝土。。它是用用水泥、、砂、石石原材料料外加减减水剂或或同时外外加粉煤煤灰、矿矿粉、硅硅粉等混混合料，，经常规规工艺生生产而获获得高强强的混凝凝土。目前已应应用在实实际工程程中的最最高强度度的混凝凝土为C200。特点：抗压强强度高、脆性性大。特别适适用于高层建建筑。2.4.2高高性能混凝凝土（HighPerformanceConcrete）目前还没有完完全统一的定定义。1990年5月美国国家家标准与技术术研究所（NIST）与与美国混凝土土协会（ACI）举办研研讨会的定义义：合乎需求性能能及均匀性性能包括：便便于浇捣、不不离析；力学学性能稳定；；早期强度高高；具有韧性性；体积稳定定性好；恶劣劣环境下寿命命长即HPC要求求高强度、高流动性、高耐久性（简称三高））高性能混凝土土的制备水泥、砂、石石和水高效减水剂———降低混凝凝土的水胶比比，保证流动动性磨细矿物外加加剂（硅粉、、粉煤灰等））——填充孔孔隙提高致密密性，提高混混凝土的耐久久性和强度2.4.3纤纤维混凝土土（fiberreinforcedconcrete）是以水泥净浆浆、砂浆或混混凝土做基材材，以非连续续的短纤维或或连续的长纤纤维做增强材材所组成的水水泥基复合材材料的总称。。目前主要有合合成纤维混凝凝土和钢纤维维混凝土。钢纤维聚丙烯纤维2.4.4绝绝热保温材材料将不易传热的的材